KR20000071165A - Optical device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 부품과 연결되는 적어도 하나의 접속 단자에 있는 트랜지션 부분을 포함하는 광 도파관에 관한 것이다. 이러한 도파관에서 트랜지션 부분은 먼저 확장부(15)로 변환되고 다음으로 톱니 구조(10)로 변환되며, 상기 톱니 구조(10)는 광 부품과의 연결을 위한 것이다.The present invention relates to an optical waveguide comprising a transition portion in at least one connection terminal connected to an optical component. In this waveguide, the transition portion is first converted into an extension 15 and then into a tooth structure 10, which is for connection with an optical component.
Description
광전자 부품(optoelectronic components)으로 이루어지는 통신 네트워크 시스템의 구성에 있어서 기본적 요구 사항 중의 하나는 이들 사이의 접속이 단일 모드 광섬유(single mode fiber)에 대해 가능한 작은 손실이 발생하도록 하는 것이다. 일반적으로, 대부분의 접속 손실은 광섬유와 도파관 사이의 크기 차이에 의존한다. 광 도파관이 반도체 재료로 만들어진 경우, 도파관과 광섬유 사이의 인터페이스(interface)에서의 손실은 경우에 따라서는 10 dB 정도로 될 수도 있다.One of the basic requirements in the construction of communication network systems consisting of optoelectronic components is that the connection between them causes as little loss as possible for single mode fiber. In general, most splice loss depends on the size difference between the optical fiber and the waveguide. If the optical waveguide is made of a semiconductor material, the loss at the interface between the waveguide and the optical fiber may be as high as 10 dB in some cases.
도파관의 광 필드(optical field)의 크기(dimension)가 증가함에 따라 이에 대응하는 광섬유의 광 필드도 더 좋게 구현되며, 이에 따라 도파관과 광섬유 사이의 인터페이스에서의 접속 손실은 감소된다. 도파관의 광 필드를 증가시키기 위한 여러 가지 다른 설치 및 처리 방법들이 알려져 있다.As the optical field of the waveguide increases, the optical field of the corresponding optical fiber is also better implemented, so that the connection loss at the interface between the waveguide and the optical fiber is reduced. Various other installation and processing methods for increasing the light field of the waveguide are known.
도파관에서 광 필드를 변환(converting)하는 한 방법으로는 광섬유와 도파관 사이의 인터페이스에 렌즈를 배열하는 것이다. 그러나 이 방법은 매우 비현실적이다.One way to convert the light field in the waveguide is to arrange the lens at the interface between the optical fiber and the waveguide. However, this method is very unrealistic.
상기한 변환을 구현하는 또 다른 방법으로는 광섬유와의 인터페이스에서 도파관의 크기를 변환시키는 것이다. 이러한 변환을 일반적으로 테이퍼링(tapering)이라고 한다. 테이퍼링은 광 필드를 증가시키기 위해 도파관의 크기를 증가시키거나 감소시킴으로서 발생할 수 있다. 그러나, 무엇보다도 먼저 단일 모드 도파관의 크기가 극도로 작을 경우에 크기를 감소시키는 것에는 현실적인 어려움이 있다. 그러므로 좀 더 일반적인 방법은 도파관의 크기를 증가시키는 것이다. 이러한 크기의 증가는 측면이나 수직으로 발생할 수 있고 측면과 수직이 같이 발생할 수도 있으며, 수직 테이퍼링은 상대적으로 제조 비용이 높은 복잡한 처리 과정을 포함할 수 있다.Another way to implement the conversion is to convert the waveguide size at the interface with the optical fiber. This transformation is commonly referred to as tapering. Taping may occur by increasing or decreasing the size of the waveguide to increase the light field. However, first of all, there is a practical difficulty in reducing the size when the size of the single mode waveguide is extremely small. Therefore, a more general method is to increase the size of the waveguide. This increase in size may occur laterally or vertically, and may also occur vertically and laterally, and vertical tapering may involve complex processing that is relatively expensive to manufacture.
본 발명은 광섬유와의 접속(connection)이 용이하고 개선되도록 하는 구조를 가지는 광 도파관(optical waveguide)에 관한 것이다.The present invention relates to an optical waveguide having a structure in which a connection with an optical fiber is easy and improved.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 평면도.1 is a plan view of a first embodiment of the present invention;
도 2는 도 1과 도 3에 따른 본 발명의 측면도.2 is a side view of the invention according to FIGS. 1 and 3;
도 3은 본 발명의 제2 실시예의 평면도.3 is a plan view of a second embodiment of the present invention;
예를 들어 하나 또는 다수의 반도체 재료 또는 다수의 중합체(polymer) 재료로 정해지는 도파관으로부터 광섬유로의 트랜지션(transition)에는, 빛의 강도를 유지하는 데에 결정적인 역할을 하는 많은 요소들이 있다. 이러한 요소들 중의 하나는 도파관과 광섬유의 광 필드가 어떻게 서로 적응되는가 하는 것이다.For example, in transitions from waveguides to optical fibers, which are defined as one or more semiconductor materials or many polymer materials, there are many factors that play a critical role in maintaining the intensity of light. One of these factors is how the light fields of the waveguide and the optical fiber are adapted to each other.
현재 자주 사용되는 해결 방법으로 광섬유와 접속되는 곳에서 도파관의 크기를 증가시켜 상기 문제를 해결하는 방법이 있다. 필드의 적응이 만족스럽게 되기 위해서 도파관에서 정해진 광축(optical axis)에 관해 측면과 수직의 두 방향 모두에 대해 상기한 크기에서의 증가가 요구된다. 처리 과정의 관점에서 상기한 도파관 크기의 증가는 상대적으로 복잡한, 특히 수직 방향에 있어서는 더 복잡한 문제가 발생할 수 있다.A solution that is often used at present is to solve the problem by increasing the size of the waveguide at the place where it is connected to the optical fiber. In order for the adaptation of the field to be satisfactory, an increase in the above mentioned magnitude is required for both the lateral and vertical directions with respect to the optical axis defined in the waveguide. The increase in waveguide size described above in terms of processing can lead to relatively complex problems, particularly in the vertical direction.
본 발명은 광섬유와 접속되는 곳에 소위 톱니-구조(tooth-structure)라는 것으로 도파관을 설치하여 상기한 문제를 해결하고자 한다.The present invention seeks to solve the above problems by installing a waveguide as a so-called tooth-structure where it is connected to an optical fiber.
광섬유와 접속되는 곳에서의 도파관의 구조는 소위 업-테이핑(up-tapering)과 다운-테이핑(down-tapering) 둘 다의 조합이라고 말할 수 있다. 업-테이핑은 도파관에서 정해진 소위 광축을 향해 적어도 하나의 직교 방향(orthogonal direction)에서 크기가 증가된다는 것이고 다운-테이핑은 상기 광축을 향해 적어도 하나의 직교 방향에서 크기가 감소된다는 것이다.The structure of the waveguide where it is connected with the optical fiber can be said to be a combination of both so-called up-tapering and down-tapering. Up-tapping is that the size is increased in at least one orthogonal direction toward the so-called optical axis defined in the waveguide and down-tapping is the size is reduced in the at least one orthogonal direction towards the optical axis.
광축에 대해 하나의 직교 방향에서 업-테이핑의 물리적 효과는 업-테이핑과 동일한 방향에서는 광 필드가 증가하고 광축을 대해 다른 직교 방향에서는 광 필드가 상대적으로 교란되지 않고 남아 있다는 것이다.The physical effect of up-tapping in one orthogonal direction to the optical axis is that the light field increases in the same direction as the up-tapping and the light field remains relatively undisturbed in the other orthogonal direction to the optical axis.
광축에 대해 하나의 직교 방향에서 다운-테이핑의 물리적 효과는 광축에 대한 직교 방향 모두에서 광 필드가 증가한다는 것이고, 만일 상기한 다운-테이핑이 도파관의 단면을 만든다면 충분히 작게 될 것이다. 광 필드는 테이핑 되지 않은 방향에 비해 테이핑된 방향, 이 경우에는 좁게되는 방향에서 상대적으로 더욱 증가한다.The physical effect of down-tapping in one orthogonal direction to the optical axis is that the light field increases in both orthogonal directions to the optical axis and will be sufficiently small if the above-mentioned down-tape makes a cross section of the waveguide. The light field increases relatively further in the taped direction, in this case the narrowing direction, compared to the untaped direction.
도파관을 광섬유에 연결할 때, 광축에 대해 직교 방향 둘 다에서의 광 필드의 증가는 이를 위해 필수적인 상기한 직교 방향 둘 다에서의 크기 변화를 하지 않고, 상기한 구조에 의해 얻을 수 있다.When connecting the waveguide to the optical fiber, the increase in the light field in both orthogonal directions with respect to the optical axis can be obtained by the above-described structure without making the size change in both of the above orthogonal directions necessary for this.
본 발명의 목적은 상기 직교 방향 둘 다에서의 도파관의 광 필드를 단지 상기한 직교 방향 중 하나에서만 크기와 구조를 재 설치함으로서 증가시키는 것이다.It is an object of the present invention to increase the light field of the waveguide in both the orthogonal directions by re-installing the size and structure only in one of the orthogonal directions described above.
본 발명의 장점은 접속 손실이 낮은 레벨로 유지될 수 있다는 것이다.An advantage of the present invention is that the connection loss can be kept at a low level.
본 발명의 또 다른 장점은 광섬유와 광 도파관의 정렬을 쉽게 할 수 있다는 것이다.Another advantage of the present invention is that it is easy to align the optical fiber and the optical waveguide.
본 발명의 또 다른 장점은 제조 비용이 상대적으로 낮다는 것이다.Another advantage of the present invention is that the manufacturing cost is relatively low.
본 발명의 추가적인 장점은 반도체 재료, 중합체 및 석영(quartz)으로 제조된 도파관에 적용할 수 있다는 것이다.A further advantage of the present invention is that it can be applied to waveguides made of semiconductor materials, polymers and quartz.
본 발명은 첨부된 도면을 참조로 하여 다음의 실시예에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.The invention will be explained in more detail in the following examples with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 도파관(1)을 위에서 본 도면이다. 도파관으로부터의 광 필드를 증가시키기 위해 도파관(1)은 트랜지션 부분의 한 끝에 설치되어 있다. 트랜지션 부분은 도파관이 설치되는 기판(substrate) 위의 표면에 대응하는 평면으로 도파관이 확장되는 제1 부분을 포함한다. 확장부(15)는 차례로 톱니 구조(10)로 바뀐다. 따라서 상기한 트랜지션 부분은 확장부(15)와 톱니 구조(10)를 포함한다. 이것을 일반적으로 "테이퍼(taper)"라고 한다.1 is a view from above of a waveguide 1 according to the invention. To increase the light field from the waveguide, the waveguide 1 is provided at one end of the transition portion. The transition portion includes a first portion in which the waveguide extends in a plane corresponding to a surface on a substrate on which the waveguide is installed. The extension 15 is in turn turned into a tooth structure 10. The transition portion thus comprises an extension 15 and a tooth structure 10. This is commonly referred to as a "taper."
상기한 확장부(15)는 예를 들어 포물선 모양이나 선형적인 모양으로 될 수 있다.The extension 15 may be, for example, parabolic or linear.
도 1에서 톱니 구조(10)의 톱니 수는 3이다. 이 수는 물론 단지 일례일 뿐이나, 도파관(1)의 광 필드에서 요구되는 변화를 실현하고 예를 들어 광섬유(20)에 대한 정렬에서 단순성을 잃지 않기 위하여, 상기한 수는 적어도 2는 되어야 한다. 상기 톱니는 다른 모양으로 될 수도 있다. 톱니에 대해 공통적인 것인 모두가 주로 원뿔형(conical)이라는 것이다. 톱니 구조에서의 특정 톱니는 다른 톱니에 대해 다른 모양을 가진다고 생각할 수 있다.In FIG. 1, the number of teeth of the tooth structure 10 is three. This number is of course only one example, but in order to realize the required change in the light field of the waveguide 1 and not to lose simplicity in the alignment to the optical fiber 20 for example, the above number must be at least two. . The teeth may be in other shapes. All that is common to the teeth is mainly conical. It is conceivable that certain teeth in the tooth structure have different shapes for different teeth.
각 톱니의 빈 끝단(free end)은 뾰족하거나 평평할 수 있다.The free end of each tooth can be pointed or flat.
도 1에서 톱니 구조(10)에서의 각 톱니 사이의 거리는 동일하다. 인접 톱니 사이의 거리는 서로에 대해 상호 다른 거리를 가지도록 톱니 구조(10)를 설치하는 것도 당연히 가능하다.In FIG. 1, the distance between the teeth in the tooth structure 10 is the same. It is of course also possible to install the tooth structure 10 so that the distances between adjacent teeth have mutually different distances from each other.
도 2는 도 1에 나타난 것과 동일한 도파관(1)을 측면에서 본 것이다. 이 도면은 도파관(1), 확장부 및 톱니 구조가 이들이 설치된 표면(30)으로부터 동일한 높이를 가짐을 나타낸다.FIG. 2 is a side view of the same waveguide 1 as shown in FIG. 1. This figure shows that the waveguide 1, the extension and the tooth structure have the same height from the surface 30 on which they are installed.
도파관(1), 확장부(15) 및 톱니 구조(10)를 이루는 재료는 중합체, 석영 또는 반도체 형태일 수 있다.The material constituting the waveguide 1, the extension 15 and the tooth structure 10 may be in the form of polymer, quartz or semiconductor.
도 3은 본 발명에 따른 도파관의 또 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서 도파관은 본래의 의미에 있어서 테이퍼 업과 테이퍼 다운 모두를 하지 않는다. 적어도 도파관의 한 끝단에 톱니 구조는 설치된다. 상기한 바와 같이 톱니 구조는 적어도 두 개 이상의 톱니를 가지는 것이 바람직하고 다른 광 유니트(optical unit)에 대한 정렬의 단순성은 상실되지 않는다. 톱니의 크기와 모양은 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 톱니 사이의 거리도 같을 수도 있고 다를 수도 있다.3 shows another embodiment of a waveguide according to the present invention. In this embodiment, the waveguide does not both taper up and taper down in its original sense. A tooth structure is installed at least at one end of the waveguide. As mentioned above, the tooth structure preferably has at least two teeth, and the simplicity of alignment with respect to other optical units is not lost. The size and shape of the teeth may be the same or different. The distance between the teeth may be the same or different.
본 실시예에서의 재료는 다른 실시예에서와 마찬가지로 석영, 중합체 또는 반도체 형태로 할 수 있다.The material in this embodiment can be in the form of quartz, polymer or semiconductor as in the other embodiments.
이러한 도파관을 제조하는 처리 과정은 본 기술 분야의 전문가에게 널리 알려진 기술을 사용하여 할 수 있으므로 더 이상의 설명은 필요하지 않을 것이다.The processing for manufacturing such waveguides can be made using techniques well known to those skilled in the art, so no further explanation is required.
본 발명은 당연히 상기한 실시예와 도면에 한정되지 않으며 첨부한 청구항의 범위 내에서 수정될 수도 있다.The invention is, of course, not limited to the embodiment and drawings described above and may be modified within the scope of the appended claims.
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